Evaluación de las propiedades mecánicas superficiales de un acero AISI H13 borurado.

Abstract

En este trabajo de investigación, se evaluaron las propiedades físico-químicas, mecánicas y tribológicas de las capas de boruros de hierro formadas sobre la superficie de un acero AISI H13. Para el tratamiento de borurado se utilizó la técnica de empaquetamiento en polvo. El tratamiento de borurado se realizó a una temperatura de 950 °C, con un tiempo de exposición de 6 horas y Ekabor® 2 como mezcla borurante. Sobre el acero AISI H13 se formó una capa bifásica de boruros de hierro con una morfología semiaserrada. El espesor total de la capa de boruros de hierro obtenida fue de 51.5 ± 5, aproximadamente. Para la caracterización físico-química, se hicieron pruebas de microscopía óptica (MO), microscopía electrónica de barrido (MEB), espectroscopía de energía dispersiva (EDX) y difracción de rayos X (DRX). La caracterización mecánica se realizó mediante pruebas de microindentación instrumentada Vickers y la caracterización tribológica a través de pruebas de desgaste reciprocante lineal en ambiente seco y húmedo. Los perfiles de dureza se realizaron transversalmente, con el fin de determinar el comportamiento de la dureza a lo largo de la capa; la carga que se aplicó en los ensayos fue de 500 mN. La dureza que se obtuvo en FeB, Fe2B y en el substrato fue de 19 ± 1, 16 ± 1 y 6 ± 0.1 GPa, respectivamente. En las pruebas de desgaste reciprocante líneal, en ambiente seco, se emplearon cargas de 10 a 25 N, mientras que en ambiente húmedo, cargas de 75 a 150 N; en ambas condiciones se utilizó una bola de Al2O3 de 6 mm de diámetro y una distancia de deslizamiento de 100 m. De las pruebas de desgaste reciprocante lineal, en ambiente seco y húmedo, se obtuvieron los coeficientes de fricción; con los estudios de perfilometría óptica, los volúmenes perdidos y, finalmente, la tasa de desgaste se calculó de forma analítica. Los valores del coeficiente de fricción están en un rango de 0.106 a 0.713, los volúmenes perdidos entre 0.006 y 0.153 mm3 y las tasas de desgaste en un rango de 0.034 x10-5 a 6.093x10-5 mm3/N*m. Abstract In this work the physicochemical, mechanical and tribological properties of boride layer formed on the surface of the AISI H13 steel was evaluated by development of the powder-pack boriding process. The boriding treatment was carried out at a temperature of 950 °C, with an exposure time of 6 hours and powder tickness of 10 mm; the Ekabor® 2 was used like boride mixture. On AISI H13 steel a biphasic layer was formed, that is, FeB and Fe2B layers, with smooth morphology. The tickness of both layers formed was about 34 ± 2 and 51.5 ± 5 μm, respectively. For the physicochemical characterization Optical Microscopy, Scanning Electron Microscopy, Energy Dispersive Spectroscopy and X-Ray Diffraction tests was used. The mechanical characterization of FeB and Fe2B layers was carried out by depth sensing microindentation tests. Vickers microindentation tests were established at a constant load of 500 mN along the depth of boride layers in order to estimate the hardness of layer/substrate system. The tribological properties was evaluated using linear reciprocating wear test in dry and lubricated conditions, with a sliding distance of 100 m. For the wear tests in dry conditions it applied loads in rage of 10 to 25 N, while tests in lubricated condition it applied loads in rage of 75 to 150 N. From wear tests in both conditions the values of the coefficients of friction, the lost volume and the wear rate were obtained. Finally, the wear rate of the AISI H13 borided steel and AISI H13 steel was compared.